イネ胚乳細胞の生長と成熟を制御する小胞体-細胞膜系の解明

• 研究課題/領域番号: 17H03759
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 作物生産科学
• 研究機関: 愛媛大学
• 研究代表者: 恩田 弥生 愛媛大学, 農学研究科, 准教授 (70368463)
• 研究分担者: 野並 浩 愛媛大学, 農学研究科, 教授 (00211467)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 18,200千円 (直接経費: 14,000千円、間接経費: 4,200千円); 2020年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円); 2019年度: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円); 2018年度: 5,720千円 (直接経費: 4,400千円、間接経費: 1,320千円); 2017年度: 5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円)
• キーワード: 植物 / 酵素 / ジスルフィド結合 / 酵素蛋白質 / ジスルフィド / 蛋白質

研究成果の概要

本研究は環境変動に対するイネ細胞の生長制御機構を明らかにすることを目的とした。酸化ストレス下，イネ細胞は顕著な生長遅延を示し，アクチンのジスルフィド架橋高分子量構造体を蓄積した。酸化ストレス回復期，PDI（Protein Disulfide Isomerase）はアクチン構造体のジスルフィド架橋開裂を触媒しその分解を促進し，PDI還元系が細胞骨格の再編成と細胞の生長に重要な役割を担うことが示唆された。

研究成果の学術的意義や社会的意義

環境変動下，イネ細胞の生長制御はコメの品質・収量を決定する重要な課題である。本研究はPDI酸化系が小胞体において貯蔵蛋白質のジスルフィド架橋形成を触媒し酸化的折り畳みを促進するだけでなく，PDI還元系がサイトゾルにおいてアクチン構造体のジスルフィド架橋開裂を触媒しその分解を促進することを示した。本研究成果はオルガネラ運搬や細胞壁構築の駆動基盤である細胞骨格ダイナミクスの新規制御機構を示唆する。

研究成果

• [雑誌論文] Thiol-disulfide oxidoreductase PDI1;1 regulates actin structures in Oryza sativa root cells (2022)
  • 著者名/発表者名: Onda, Y., Okino, T.
  • 雑誌名: FEBS Letters 巻: 596 号: 23 ページ: 3015-3023
  • DOI: 10.1002/1873-3468.14445
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] On-site single pollen metabolomics reveals varietal differences in phosphatidylinositol synthesis under heat stress conditions in rice (2020)
  • 著者名/発表者名: Wada H, Hatakeyama Y, Nakashima T, Nonami H, Erra-Balsells R, Hakata M, Nakata K, Hiraoka K, Onda Y, Nakano H
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 10(1) 号: 1 ページ: 2013-2013
  • DOI: 10.1038/s41598-020-58869-9
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Multiple strategies for heat adaptation to prevent chalkiness in the rice endosperm (2019)
  • 著者名/発表者名: Wada H, Hatakeyama Y, Onda Y, Nonami H, Nakashima T, Erra-Balsells R, Morita S, Hiraoka K, Tanaka F, Nakano H
  • 雑誌名: Journal of Experimental Botany 巻: 70(4) 号: 4 ページ: 1299-1311
  • DOI: 10.1093/jxb/ery427
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Evidence for preservation of vacuolar compartments during foehn-induced chalky ring formation of Oryza sativa L. (2018)
  • 著者名/発表者名: Hatakeyama Y, Masumoto-Kubo C, Nonami H, Morita S, Hiraoka K, Onda Y, Nakashima T, Nakano N, and Wada H
  • 雑誌名: Planta 巻: 248(5) 号: 5 ページ: 1263-1275
  • DOI: 10.1007/s00425-018-2975-x
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 水ストレスに対するミトコンドリア代謝応答の経時的評価 (2018)
  • 著者名/発表者名: 中田佳祐、和田博史、恩田弥生、Rosa Erra-Basells、野並浩
  • 学会等名: Joint Conference on Environmental Engineering in Agriculture 2018
• [学会発表] In situ picolitre pressure-probe-electrospray-ionization mass spectrometry for monitoring single cell metabolites change (2018)
  • 著者名/発表者名: Nakata, K., Wada, H., Onda, Y., Erra-Balsells, R., Nonami, H.
  • 学会等名: Mass Spectrometry and Proteomics 2018
• [学会発表] 高温登熟環境下での背白粒発生及び窒素施用による品質改善機構の品種間差異 (2018)
  • 著者名/発表者名: 畠山友翔、中野洋、恩田弥生、野並浩、Rosa Erra-Balsells、中島大賢、平岡賢三、和田博史
  • 学会等名: 第245回日本作物学会講演会
• [学会発表] Disulfide bond formation: redox-based regulation of organelle development in plant cells (2018)
  • 著者名/発表者名: Onda, Y.
  • 学会等名: 東京工業大学化学生命科学研究所国際フォーラム2018
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] The role of cytoplasmic streaming in osmotic adjustment in tomato trichome cells under water stress (2017)
  • 著者名/発表者名: Nakata, K., Wada, H., Onda, Y., Erra-Balsells, R., Nonami, H.
  • 学会等名: 2017 CIGR World Workshop
  • 国際学会
• [学会発表] イネ胚乳細胞における小胞体環境の制御機構 (2017)
  • 著者名/発表者名: 恩田弥生、紙田昂輝、野並浩
  • 学会等名: 日本生物環境工学会2017年大会
• [学会発表] Development of the on-site live cell metabolomics performable in controlled environment (2017)
  • 著者名/発表者名: Wada, H., Nonami, H., Tanaka, K., Nakashima, T., Hatakeyama, Y., Nakano, H., Onda, Y., Hiraoka, K., Hakata, M., Morita, S.
  • 学会等名: SEB (Society for Experimental Biology) Gothenburg 2017
  • 国際学会
• [学会発表] Nitrogen application reverses heat-induced rice chalkiness: evidence for organelle rearrangement due to the recovery of protein synthesis in endosperm cells (2017)
  • 著者名/発表者名: Hatakeyama, Y., Onda, Y., Nonami, H., Nakashima, T., Nakano, H., Erra-Balsells, R., Hiraoka, K., Wada, H.
  • 学会等名: SEB (Society for Experimental Biology) Gothenburg 2017
  • 国際学会